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发动机在线气密试漏技术 |
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作者： 来源：AI汽车制造业 |
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为治理早期车辆 “漏气、漏水、漏油” 的三漏问题，特别是其发动机三漏的顽症，在发动机制造过程中，以往厂家采用“浸水检漏”对发动机的气缸体、气缸盖、排气管和进气管进行检漏，以发现不合格工件。这种方法无法准确得到被测工件的泄漏量，并且液体在泄漏孔内侧发生张力，增大了流量抵抗，这种方法往往会漏检，同时还存在需要干燥以及无法实现自动化等问题。
随着铸件质量、加工质量和装配质量的提升，以及20世纪80年代以来在线气密试漏技术的应用，发动机三漏问题终于得到了彻底的控制，发动机质量也有了可靠的保证。在气缸体、气缸盖等生产线上进行的在线气密试漏测试可以有效避免到总成装配后做试漏时才发现问题，从而可以减少不必要的损失。
图1 中间气密试漏工序
在我公司的发动机缸体、缸盖生产线中，根据工艺的编排，我们均设置有中间气密试漏（见图1）和最终气密试漏工序（见图2），部分试漏工序根据需要还配备了水试设备，主要用于检查确定气试不合格工件的漏点，当然，并不是所有漏点都可以通过水试找到。这里主要结合我公司在线气密试漏技术在气缸体、气缸盖生产线的应用做重点介绍。
图2 最终气密试漏工序
气密性测试原理
空气有可压缩性，且粘度较低，这意味着空气通过漏点的速度比液体要快100～400倍。空气本质上没有表面张力，这个特点使它比液体更容易通过小的漏点。然而，空气可以通过的泄漏，对液体而言并不一定会泄漏。这就是为什么以空气作为介质进行试漏的时候要定义一个最大允许空气泄漏量。
物理学研究得出了“理想气体”状态变化规律的“理想气体的状态方程”，即：
PV/T=R
式中P为气体压力，V为气体的体积，T为气体的温度，R是气体普适常量，即对所有气体均普遍适用的常量（说明：空气接近于理想气体）。
这个方程表明，在温度恒定的情况下，经过一定的时间后（一般大于20s），它的内腔容积没有变化，而腔内压力如果下降了一个确定值△P，则可判定该工件“有泄漏”。这就是采用气体对工件进行密封性能测试的基本原理。利用此原理进行试漏测试的电子空气试漏仪已经成为迄今为止速度最快、最有效且最实用的泄漏自动测试仪器。
当然，工件漏还是不漏，是一个相对的概念，每个工件都有一定的空气泄漏，绝对的“不漏”是不存在的。当我们说工件无液体泄漏时，我们就可以据此定义一个空气泄漏率。我们以空气为介质测试大部分的零配件，以保证无液体泄漏，因此不能定义这些工件不漏空气或其他气体。
气密性测试的主要参数
要对工件的容积进行测试，试漏机制造厂家需结合用户生产线生产节拍的要求和工件的实际工况要求，合理确定以下参数：
1. 测试压力
测试压力一般与发动机在运转过程中各类介质的实际压力相当。
2. 测试节拍
工件的泄露量测试一般包括4个阶段，即充气、平衡、测试和排气。各阶段时间的设定首先保证被测物或夹具没有泄漏，其次要设定足够长的充气时间进行测试，之后慢慢缩短充气时间求得泄漏值稳定并接近于零时的最短充气、平衡时间。
理论上测试时间越长，越有助于获得准确的测试精度，但这不适合于生产线的实际需要，试漏机的节拍应在保证测试精度的情况下，与生产线的整体节拍相匹配。此外，在夹具中采用减小容积的填充物有助于加快测试节拍（见图3）。当工件的测试压力较高、工件测试容积较大、工件泄漏率较小、工件及夹具密封部有压力变形时，需要延长测试时间，以保证工件泄漏率的测试精度。
图3 在夹具中采用减小容积的填充物有助于加快测试节拍
3. 泄漏率
发动机各零件及总成的泄漏率标准应满足发动机运转时实际工况的要求，并且与工件的材料、结构和试漏机的技术状态密切相关，泄漏率过高会造成发动机出现漏油、漏水和漏气的质量问题，过低会导致毛坯的料费率提高，增加发动机的制造成本。
我们可以从试漏机制造厂家和试漏仪的供应商处获得某一工件的泄漏率标准，也可以参照同类产品的泄漏率。表示为发动机各零件及总成的泄漏率测试通常采用的参数。
此外，为保证测试精度，气密性测试对测试密封元件的材料选择与结构设计、密封设计、工件定位加紧装置和密封夹具等方面都有一定的要求，如：密封元件应没有弹性蠕变，耐油耐压；密封设计有助于减少不必要的密封性测试的稳定时间（图4所示为好的密封方式）；密封夹具必须提供适当的压力来封堵被测工件，夹紧的力量应该是测试压力的3倍左右，同时，夹具支撑框架的强度要足以支撑此压力，而且各封堵汽缸应有可靠的导向，确保封堵位置准确。
图4 最好的密封设计是没有多余的密封材料，密封垫圈恰好嵌入预留的凹槽内
气密性测试应注意的问题
1. 试漏仪的定期标定
试漏仪应定期用专用仪器进行标定，一般半年标定一次，以确保试漏仪的测试精度。
2. 试漏机的重复测试精度
衡量试漏机的测试稳定性的一个很重要的指标，就是重复测试精度（Cgk）。测试精度除了受试漏仪的精度影响外，还与气体管路、密封夹具和密封元件密切相关。只有重复精度才能综合反映试漏机的测试稳定性。重复性测试一般需要对同一个工件连续测50次，要求Cgk≥2，并且要求两次测试之间需要间隔10min，以充分排出工件和密封夹具里的残余空气，并将工件的温度降下来，减少对测试精度的影响。否则，测试出来的泄露率会越来越小。
3. 标准件
应用工件制作一个实际泄露率在公差带上限和下限之间的标准件，其主要作用是：用于验证试漏机的重复测试精度；每班用标准件对试漏机进行测试并进行记录，以掌握试漏机的工作状态；在进行试漏机维修或调整时，用于验证试漏机的试漏效果。
当试漏机的测试情况与与平时相比出现异常时，应用标准件进行测试，以了解试漏机当前的工作状态。为更进一步掌握试漏机的状态，建议再制作一个超出泄露标准的标准件（必须能够测出泄露率），用不同颜色进行区分。
4. 压缩空气的质量
压缩空气必须清洁干燥，若试漏仪内有水、油混入时，会引起差压传感器发生故障。为了彻底防止水、油的混入，要求安装油雾分离器和空气干燥器作为前置过滤器。特别是负压运行方式中，绝对不允许杂质进入试漏仪内部。
压缩空气的稳定性也会影响测试精度，应将流量大的、调整过的且比测试压力高的压缩空气（至少比测试压力要高105Pa以上）供给调压阀，这样可提高测试的稳定性。
发动机各零件及总成的泄漏率测试通常采用的参数
 5. 工件的清洁度
对于需要进行泄露测试的工件，应先进行清洗和干燥，以免因异物影响测试精度，或造成密封元件的磨损。对曾经发生过液体泄漏的泄漏孔进行气体测试时，泄漏量会变小或消失，难以如实计测，因此，在泄漏量的比较试验中，一定要先进行气体的泄漏测试。
6. 工件和环境温度
根据玻-马定律（PV=nRT），在体积不变的情况下，温度变化会引起压力变化，最终影响到测试精度。为保证泄漏率的测试精度，应使工件和环境的温度相一致。
在缸体和缸盖生产线上，工件进行试漏之前一般要经过加热清洗，为保证工件和环境的温度相一致，需要在清洗机出口设置降温装置。为保证测试精度，还可以应用温度补偿装置。
7. 测试用气管及附件要求
必须使用压力膨胀少的硬质尼龙管和外套嵌入式接头，以减少对测试精度的影响。工件和标准件要采用同样的配管，以保证变化量相同。为了在短时间的测试中不产生移动，应尽量固定配管。
配管不可用铜管、钢管，因为这些材料很容易受到环境温度的影响从而产生测试误差；也不可采用快插式接头，因其内部O形圈的变形会影响到测试精度。
8. 试漏机的点检和维护保养
为保证密封性测试的精度，除上文所述外，做好平时试漏机的点检和维护保养工作，确保试漏机处于良好的技术状态同样重要。
结语
在发动机的制造中，气密性测试对保证产品的质量起着至关重要的作用，是控制发动机质量的一个重要指标，因此，我公司要求做到“100%测试，100%合格”。
在我们的实际生产中，经气密试漏测试及相关分析发现，不合格产品出现泄漏的主要原因是毛坯铸造质量上存在缺陷，如局部组织有疏松、砂眼、针孔、裂纹、裂隙、应力集中和弯折等，有时也会因加工工艺不合理、结构不合理、安装不合理等原因造成。就此，我们对铸件供应商提出了更高的要求，同时在加工工艺和安装等过程中采取了相应的措施，使产品不合格率不断下降，从而提高企业效益。(end)
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(7/10/2009) |
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